陳水生

（廣西綠投環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司，廣西 河池 547000）

泥漿生物反應(yīng)器是以活性污泥為載體，采用活性污泥作為微生物固定化載體，在一定的條件下將微生物固定在其載體上，形成具有一定生物量和穩(wěn)定性的微生物群落，使微生物能在其中生長、代謝和積累污染物，以達到處理污染土壤的目的。目前泥漿生物反應(yīng)器在土壤修復(fù)中主要有3 種應(yīng)用方式，通過對泥漿生物反應(yīng)器在土壤修復(fù)中的應(yīng)用分析可知，作為生物炭吸附材料用于土壤重金屬固定，具有以下優(yōu)點：通過微生物對重金屬離子的吸附作用，可減少土壤重金屬離子的浸出，有效降低環(huán)境風險；通過污泥中有機物的吸附作用，可有效降低土壤有機污染；由于污泥中含有大量可利用的物質(zhì)，可提高微生物對有機污染物的降解能力。泥漿生物反應(yīng)器在土壤修復(fù)中應(yīng)用已有一段時間，但由于該技術(shù)存在成本高、操作復(fù)雜等問題，導(dǎo)致其推廣應(yīng)用受到限制。因此，本文認為有必要對泥漿生物反應(yīng)器在土壤修復(fù)中的應(yīng)用進行研究，并根據(jù)其機理和特點進行合理改進，使其在土壤修復(fù)中得到更好的應(yīng)用。

1 土壤中有機污染物的去除

土壤中有機污染物的去除，是指有機污染物被土壤微生物降解的過程。目前，土壤中有機污染物主要包括多氯聯(lián)苯、二氯甲烷、氯代烴和農(nóng)藥等。泥漿生物反應(yīng)器技術(shù)通過添加微生物，使微生物在污染土壤中快速生長，加速了有機污染物的降解。

泥漿生物反應(yīng)器是一種新型的污染土壤修復(fù)技術(shù)，其利用添加泥漿的方式，通過添加微生物促進土壤中有機污染物的降解。泥漿生物反應(yīng)器采用厭氧污泥作為培養(yǎng)基，這種污泥可以產(chǎn)生大量的腐殖質(zhì)，腐殖質(zhì)具有促進有機物降解、加速有機物礦化和增強土壤緩沖能力等作用。通過向土壤中添加泥漿，可以有效地將有機污染物降解并轉(zhuǎn)化為更容易被植物吸收的形態(tài)。因此，泥漿生物反應(yīng)器可有效提高污染土壤修復(fù)效率。利用泥漿生物反應(yīng)器處理污染土壤后，可有效減少或消除土壤中的污染物，其降解效率一般在90%以上。此外，在泥漿生物反應(yīng)器處理污染土壤時還可以產(chǎn)生污泥。

有研究表明，污泥生物反應(yīng)器對多氯聯(lián)苯和二氯甲烷的去除率分別為70%和90%以上。但是在實際應(yīng)用中，泥漿生物反應(yīng)器還存在以下問題：首先，泥漿生物反應(yīng)器的成本較高；其次，污泥的產(chǎn)量較低；再次，當污泥中含有大量腐殖質(zhì)時，污泥中的有機污染物容易發(fā)生沉降和沉積；最后，由于泥漿顆粒較大，其容易堵塞管道。

隨著泥漿生物反應(yīng)器技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，將泥漿與生物修復(fù)技術(shù)相結(jié)合也將是未來發(fā)展的重要方向。目前已經(jīng)有相關(guān)研究報道稱，利用泥漿生物反應(yīng)器處理有機污染物時需要添加微生物菌或酶等物質(zhì)來加快降解速率。

1.1 微生物菌的種類

微生物的種類較多，但主要可分為兩類：好氧菌和厭氧菌。好氧菌主要包括細菌和真菌，其能夠在水體中進行有氧呼吸，對有機物具有較高的降解能力；而厭氧菌則主要包括了產(chǎn)氣菌和產(chǎn)酸菌。污泥中的微生物菌群大部分為好氧菌，其中多數(shù)為兼性厭氧或兼性好氧菌。通過研究發(fā)現(xiàn)，污泥中的好氧微生物可以有效降解石油烴、多氯聯(lián)苯等有機污染物。

在泥漿生物反應(yīng)器中，微生物的種類也有很多，其中包括了芽孢桿菌、假單胞菌、克雷伯氏菌、硫桿菌屬、產(chǎn)甲烷細菌等。這些微生物主要是通過消耗土壤中的有機物和營養(yǎng)物質(zhì)來完成有機污染物的降解，而不需要經(jīng)過發(fā)酵過程。芽孢桿菌屬于需氧性微生物，能夠通過消耗氧氣來降解土壤中的有機物；假單胞菌屬于兼性厭氧微生物，能夠?qū)⒂袡C物進行分解；克雷伯氏菌屬于好氧性微生物，能夠利用空氣中的氧氣進行生長和代謝。除此之外，還有一些微生物不需要利用空氣中的氧氣進行生長代謝，它們屬于厭氧型微生物。這些微生物不僅可以降解有機物，還可以將細菌進行分解。

1.2 酶的種類

酶是具有催化功能的蛋白質(zhì)或多肽類物質(zhì)，它能催化各種化學(xué)反應(yīng)，在催化反應(yīng)中起重要作用。酶作為一種生物催化劑，廣泛地存在于生物體中。大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，但也有一些是RNA、DNA 或其他RNA 及DNA 衍生物。大多數(shù)酶屬于專一性酶，只在一定的條件下才能發(fā)揮作用，但也有一些酶不受限制，可以催化多種反應(yīng)。從不同的角度看，酶可分為兩大類：一類是有機反應(yīng)酶（Organic reactions enzyme）；另一類是無機反應(yīng)酶（Inorganic reactions enzyme）。

有機反應(yīng)酶是指那些能在沒有催化劑的情況下催化有機物降解的酶；無機反應(yīng)酶指那些在有機或無機溶液中都能催化有機物降解的酶。常用的有機反應(yīng)酶有糖苷水解酶、羧肽酶、脂肪水解因子等。常用的無機反應(yīng)酶有甲苯氧化酶、多環(huán)芳烴過氧化物合成酶等。微生物產(chǎn)生的多種具有催化作用的胞外酶類是降解有機污染物的關(guān)鍵因素。通過對微生物產(chǎn)生的胞外酶類進行研究，可為微生物降解有機污染物提供理論依據(jù)。

2 重金屬污染土壤的修復(fù)

重金屬污染土壤的修復(fù)主要是通過植物或微生物的作用，使土壤中重金屬轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，從而降低重金屬的毒性和生物有效性。重金屬污染土壤的修復(fù)，主要包括植物修復(fù)、物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)等幾種方法。

植物修復(fù)是指利用植物吸收土壤中的重金屬元素，來降低重金屬污染。但其受外界環(huán)境條件影響較大，而且植物對土壤中重金屬的生物有效性低，所以該方法具有局限性。

物理修復(fù)主要是利用物理方法來去除土壤中的污染物，但這種方法易造成二次污染[1]。

化學(xué)修復(fù)主要是利用化學(xué)藥劑來改變土壤性質(zhì)，達到降低其污染的目的。但這種方法會造成大量的二次污染。

生物修復(fù)是利用微生物及其代謝產(chǎn)物來減少環(huán)境中重金屬污染物質(zhì)的一種方法。因為其對環(huán)境無二次污染，且成本低廉，所以在實際應(yīng)用中受到人們廣泛關(guān)注。

3 難降解有機污染物的去除

有機污染物在土壤中的含量較高，生物降解速率較慢，降解難度較大，傳統(tǒng)的土壤修復(fù)技術(shù)很難將其完全去除。泥漿生物反應(yīng)器在一定程度上解決了難降解有機物的去除問題。由于泥漿中含有大量的活性污泥和微生物，因而能在一定程度上促進有機物的降解。通過與其他技術(shù)相結(jié)合，可以使有機污染物在較短時間內(nèi)得到有效去除，且可獲得較高的去除率[2]。

研究表明，泥漿生物反應(yīng)器在處理苯酚和抗生素類有機污染物時效果較好。對于苯酚來說，在添加了3%的污泥時，經(jīng)過24h 處理后，其去除率達到了99%；而對于抗生素類有機污染物來說，在經(jīng)過15h 處理后，其去除率可達90%以上。此外，通過添加污泥還可以有效增加土壤中微生物的數(shù)量和活性。

3.1 苯酚

苯酚是一種非常常見的有機污染物，在水和土壤中都存在，對環(huán)境具有一定的危害。近年來，隨著有機污染物的大量排放，苯酚的污染問題也日益嚴重。而苯酚能夠被生物降解的一個重要條件就是其濃度較低。在進行泥漿生物反應(yīng)器修復(fù)土壤時，苯酚濃度一般要達到500～5000mg/kg 以上才能有較好的效果[3]。

因此，在泥漿中添加一定量的污泥可以有效促進苯酚的生物降解。在實際應(yīng)用過程中，往往會加入一定量的污泥，從而有效地提高泥漿中苯酚的含量，而污泥又能進一步促進泥漿生物反應(yīng)器對苯酚的去除。例如，在將污泥加入泥漿中后，污泥中的微生物可以快速地吸附苯酚，并且在苯酚與污泥發(fā)生反應(yīng)的同時將其快速去除。當污泥的濃度為100g/L 時，泥漿中苯酚的去除率可達90%以上。因此，污泥在一定程度上能提高泥漿中苯酚的去除率。

研究表明，將污泥加入泥漿中后，其在24h 內(nèi)對苯酚的去除率可達99%以上。此外，為了提高苯酚的去除率，可以通過向泥漿中加入其他物質(zhì)來提高其降解效率。例如，在泥漿中加入鐵離子、過氧化氫、葡萄糖等物質(zhì)能有效提高其降解效率。

3.2 抗生素類

抗生素類物質(zhì)對人類健康和環(huán)境安全具有嚴重危害。尤其是隨著抗生素類藥物在醫(yī)藥、養(yǎng)殖業(yè)中的廣泛應(yīng)用，其污染問題已成為全球環(huán)境關(guān)注的熱點。目前，常用的抗生素去除方法有吸附法、光降解法和生物降解法等。而泥漿生物反應(yīng)器是一種新型的微生物固定化技術(shù)，其將污泥固定在反應(yīng)器內(nèi)部，能夠使污泥更好地發(fā)揮自身的作用。與傳統(tǒng)的活性污泥相比，泥漿生物反應(yīng)器具有操作簡便、運行成本低、微生物生長良好等優(yōu)點。而在利用泥漿生物反應(yīng)器去除抗生素類污染物時，可通過添加污泥或添加少量活性污泥等方式來提高處理效果[4]。

一般情況下，對抗生素類物質(zhì)的去除效果會隨著污泥投加量和曝氣量的增加而增加。在利用泥漿生物反應(yīng)器處理抗生素類污染物時，通常將污泥投加量控制在200～800mg/L，曝氣量為5～20L/min。在投加污泥時，應(yīng)控制污泥的投加量，因為過多的污泥投加量會使反應(yīng)器內(nèi)的微生物活性受到抑制，進而影響反應(yīng)器對抗生素類污染物的去除效果。此外，污泥的投加量也應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，否則會對微生物造成抑制。

研究表明，在使用泥漿生物反應(yīng)器處理抗生素類有機污染物時，若以污泥作為投加污泥，污泥的投加量為50mg/L，曝氣量為10L/min 時，在經(jīng)過15h 處理后，其對磺胺類藥物的去除率可達90%以上。但若以活性污泥作為投加污泥時，活性污泥的投加量應(yīng)控制在500mg/L 以下。

3.3 微生物活性

泥漿生物反應(yīng)器的使用，提高了微生物的活性，使微生物更好地利用其內(nèi)部提供的能量，更有效地降解污染物。研究發(fā)現(xiàn)，微生物的活性與泥漿生物反應(yīng)器中污泥濃度、污泥齡、pH 和溫度等因素密切相關(guān)，且不同因素對其影響程度不同。由于污泥齡、pH 和溫度是泥漿生物反應(yīng)器運行過程中重要的影響因素，所以在實際應(yīng)用過程中，可通過調(diào)節(jié)污泥齡和溫度等因素來提高微生物的活性[5]。在污泥生物反應(yīng)器運行過程中，污泥濃度與污泥齡、溫度和pH 均有一定的關(guān)系[6]。

泥漿生物反應(yīng)器中污泥濃度增加會導(dǎo)致污泥中有機物的積累和微生物活性的提高，而污泥齡和溫度對污泥濃度的影響較小，且溫度對污泥濃度影響較小。因此，將泥漿生物反應(yīng)器中的污泥濃度增加至飽和狀態(tài)時，隨著污泥齡和溫度的增加，反應(yīng)器內(nèi)微生物活性明顯提高[7]。因此，在實際應(yīng)用過程中應(yīng)結(jié)合具體情況選擇合適的泥漿生物反應(yīng)器運行條件。在實際應(yīng)用過程中，由于不同類型的污染物其性質(zhì)和污染物的性質(zhì)不同，所需要的泥漿生物反應(yīng)器也會有所不同，因此在實際應(yīng)用過程中應(yīng)結(jié)合具體情況選擇合適的泥漿生物反應(yīng)器類型和運行條件，以提高泥漿生物反應(yīng)器對污染物的降解效果[8]。

4 結(jié)語

泥漿生物反應(yīng)器由于其運行費用低、對微生物的活性影響小、對環(huán)境友好等特點，在土壤污染物去除方面具有廣泛的應(yīng)用前景。但由于其對于污染物去除的選擇性、固液分離性能、微生物固定效果和污染物去除效率等方面的限制，目前還沒有在我國進行大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。因此，應(yīng)加強泥漿生物反應(yīng)器的基礎(chǔ)研究，提高其固液分離性能和固液分離效率；對固定化微生物進行篩選、馴化和遺傳改良，提高其降解污染物的能力；研究泥漿生物反應(yīng)器的固液分離性能與固液分離效率之間的關(guān)系，降低固液分離效率；加強固液分離性能與固液分離效率之間的關(guān)系研究，實現(xiàn)固液分離效率與固液分離效果的同步提高；開發(fā)新型固液分離材料和新型固液分離技術(shù)，提高固液分離效率和固液分離效果。此外，在泥漿生物反應(yīng)器中構(gòu)建高效微生物降解體系、通過控制條件，建立系統(tǒng)的動力學(xué)模型，實現(xiàn)系統(tǒng)自動控制等也是未來需要重點研究的內(nèi)容。這些工作對于我國土壤修復(fù)工程技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。